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美國亞利桑那州立大學Wonmo Kang課題組--軸向連續石墨烯-銅線用于大功率傳輸:熱電特性和機制
       目前,對于大功率輸電需求持續增長,比如在電動汽車、無人機、便攜式設備,以及可部署的軍事應用領域。這里,通過在微米直徑的銅線上合成軸向連續石墨烯層,顯著增強了其電子特性(電流密度擊穿極限增加了450%)。為了證明其增強的潛在機制,表征了純銅線和三種不同直徑的軸向連續石墨烯-銅 (ACGC) 線的電子性質,同時控制實驗條件,包括環境溫度、氣體和壓力。研究表明,ACGC導線可以通過極大的電流(>400 000 A cm−2),其主要機制包括:與純銅線相比,連續的石墨烯層顯著改善:1)表面散熱 (高224%),2)電導率(高 41%),3)熱穩定性 (在熱循環后高達 450°C 其電阻率降低 41.2%)。此外,通過使用高速相機成像,與純銅線相比,ACGC 線表現出非常不同的故障行為(接近電流密度極限)。
 
 
Figure 1. 銅和軸向連續石墨烯-銅(ACGC)線的微結構表征。a)ACGC電線示意圖。b) 銅線上不同石墨烯生長條件下的拉曼光譜。c)EBSD顯微鏡圖像。d)不同樣品的SEM圖像。注意,退火和生長石墨烯后,銅線的直徑減小。
 
 
Figure 2. 原始獲得的(AR-Cu), 退火處理后 (A-Cu), 和 ACGC 導線(不同直徑)的尺寸和溫度相關的電子特性。a)與尺寸相關的電阻率。b-d)與溫度相關的電阻率。
 
 
Figure 3.導線在氧化前后的微觀結構表征。a–c)三個樣品在空氣中氧化10個月之前(頂部)和之后(底部)的光學圖像。d)拉曼光譜比較。e)溫度相關的電阻率比較,其中溫度用黑線表示。f)在空氣中于300℃氧化24小時后的拉曼光譜比較。g,h)氧化前后的SEM圖。
 
  
Figure 4.表征了 A-Cu(空心標記)和 ACGC(實心標記)線的最大電流密度。 a-c) 在不同環境條件下測量的電壓降 (V) 與逐步增加電流密度的函數關系:a) 在空氣中,b) 在氬氣中,c) 在真空中。d) 臨界電流密度值匯總。
  
       該研究工作由美國亞利桑那州立大學Wonmo Kang課題組于2021年發表在Adv. Mater.期刊上。原文:An Axially Continuous Graphene–Copper Wire for High-Power Transmission: Thermoelectrical Characterization and Mechanisms。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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